Article général publié dans : Spectra Analyses, (1999), 208, 5/6, 19

Article général publié dans :
Spectra Analyses, (1999), 208, 5/6, 19-22
Les micropolluants à effets modulateurs endocriniens
Pr. Yves Levi
Faculté de Pharmacie, Université Paris Sud
Laboratoire Santé Publique – Environnement
5 rue J.B. Clément, 92296 Chatenay-Malabry, France
[email protected]
Résumé
La présence, dans l'environnement de polluants à effets modulateurs endocriniens provoque chez
les animaux des perturbations de la fonction sexuelle et de la reproduction. L'impact sur l'homme
n'est certainement pas négligeable via notre alimentation, les particules de l'air, l'eau ou les
matériaux qui nous entourent. Ce problème est exemplaire car il illustre parfaitement le fait que
l'analyse de l'environnement nécessite que les laboratoires disposent, non seulement de méthodes
chromatographiques ou spectrométriques sophistiquées, mais aussi d'outils d'évaluation des
effets biologiques globaux comme la toxicité aiguë, la génotoxicité et les effets perturbateurs
endocriniens. Parmi la liste des xénoestrogènes figurent des pesticides organochlorés, des
détergents, des plastifiants, des métaux lourds. Protéger notre santé signifie protéger notre
environnement en mettant en œuvre tous les moyens analytiques permettant d'accéder aux
molécules responsables ou, à défaut, en évaluant indirectement les perturbations biologiques qui
leur sont liées.
Mots clés : Environnement, xenoestrogènes, modulateurs endocriniens, pollution, reproduction,
cancer
Summary
The presence, in the environment, of endocrine disruptors pollutants induces to wild animals
perturbations of the sexual function and the reproduction. The impact on man is not certainly
negligible via our feeding, air particles, water or materials that surround us. This problem is
exemplary because it illustrates perfectly the fact that the analysis of the environment
necessitates that laboratories have, not only sophisticated chromatographic or spectrométric
methods, but also global tools evaluating biological effect as the acute toxicity, genotoxicity and
endocrine disrupting effects. Among the list of xenoestrogens figure organochlorine pesticides,
detergents, plasticizers, heavy metals. Protecting our health means protecting our environment by
implementing all analytical tools allowing access to responsible molecules or by evaluating,
indirectly, their biological effects.
Keywords : Environment, xenoestrogens, endocrine disruptors, pollution, reproduction, cancer
Quel que soit le domaine à analyser dans notre environnement -air, eau, aliments,
matériaux-, les laboratoires doivent disposer d'une large gamme de méthodes analytiques portant
sur des paramètres physico-chimiques organiques et minéraux ou microbiologiques, mais il leur
est aussi indispensable de maîtriser des méthodes biologiques globales capables d'évaluer les
effets toxiques de polluants. Ainsi, même sans identification précise du toxique, le laboratoire
peut évaluer l'impact de la pollution sur les organismes testés. Ces effets doivent pouvoir être
extrapolés à l'homme et prendre en compte tout l'écosystème qui soutient notre vie biologique.
Les progrès considérables accomplis dans la mise au point des méthodes chromatographiques ne
permettent pas de détecter rapidement, et à moindre coût, toute la gamme des substances
polluantes et ne peuvent en aucun cas donner une évaluation des effets synergiques ou
antagonistes des polluants toxiques sur un organisme.
Après la période des premières méthodes biologiques globales de détection de la toxicité
aiguë, sont venus les progrès accomplis dans l'évaluation de la toxicité chronique et de la
génotoxicité. Toutes ces mesures sont réalisées sur des mammifères, crustacés, algues, plantes ou
cellules en culture avec une extrapolation parfois délicate à l'organisme humain. L'épidémiologie
permet de compléter cette panoplie analytique grâce aux conclusions obtenues directement sur
l'homme dans le cadre de ses activités et de son habitat.
Depuis la publication de quelques articles précurseurs au début des années 1970-80
démontrant des effets oestrogènes du DDT et des PCB (1) ou encore une féminisation
d'embryons de mouettes par le DDT (2), il apparaît vers 1993-1994 de nombreuses publications
sur l'importance des risques sanitaires et environnementaux des modulateurs endocriniens et leur
impact sur le système reproducteur des animaux supérieurs. C'est ainsi qu'à partir d'observations
réalisées sur des populations animales dans leur milieu naturel, s'est développée une
préoccupation croissante de la communauté scientifique sur le rôle joué par des polluants
organiques ou minéraux sur la modulation des systèmes participant à la régulation des processus
de reproduction ainsi que les cancers hormonaux dépendants. Les plus grands organismes ayant
un pouvoir de recommandation ou de réglementation de l'environnement comme l'Agence de
Protection de l'Environnement des Etats Unis (USEPA), l'OCDE, le Ministère Français de
l'Environnement, financent des études pour évaluer l'importance des risques et organisent des
conférences de consensus permettant la publication d'excellents rapports de synthèse sur le sujet
(3, 4, 5). De leur côté, les industriels de la chimie fine se sont groupés au sein du CEFIC pour
initier des programmes de recherche pour un montant de 7 millions de dollars sur 3 ans depuis
1997 dans divers pays du globe. Enfin les associations de protection de la nature et des
consommateurs sont en alerte et publient des documents de synthèse (6).
Ce thème est important, -et même peut être exemplaire-, à plusieurs titres :
•
Certains de ces composés ont déjà été étudiés et sont déjà connus pour leurs effets
toxiques sur le métabolisme humain. Un nouveau chapitre accusateur leur est donc ajouté
ce qui peut conduire à de nouvelles normes ou à l'arrêt de l'usage et de la
commercialisation.
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•
Certains sont souvent présents dans notre environnement et figurent parmi les polluants
persistants dans notre alimentation mais, en absence de norme, aucun contrôle n'est
effectué.
Plusieurs familles chimiques doivent être recherchées ce qui complique les analyses et
augmente encore le coût de l'expertise.
Les effets biologiques induits concernent des domaines très médiatiques, et d'un abord
parfois délicat, tels que la reproduction humaine et les cancers.
Cette problématique concerne de très nombreux domaines industriels : industries du
traitement des eaux, agro-alimentaire, industrie des matériaux, producteurs de matières
plastiques, papeteries, chimie fine...
Un modulateur endocrinien peut être défini comme une substance exogène à l'organisme
considéré et qui interfère sur la synthèse, l'excrétion, le transport, les liaisons, l'action ou
l'élimination d'hormones naturelles qui sont, entre autre, responsables dans le corps, de
l'homéostase, de la reproduction et/ou du développement. Ces hormones, transportées en faible
quantité dans le sang, agissent sur des sites récepteurs situés dans les tissus ou des organes et
permettent ainsi l'exercice harmonieux de fonctions importantes du corps. Le système
endocrinien comporte certains organes producteurs d'hormones comme, en particulier, la
thyroïde, le pancréas, l'hypophyse ou encore les organes reproducteurs (testicules ou ovaires).
Selon les divers auteurs, les dénominations désignant ces polluants varient et l'on trouve
notamment pour les anglo-saxons le terme "Endocrine disruptors" traduit parfois par "disrupteurs
endocriniens" alors que le terme de "xénoestrogènes" est assez fréquemment publié.
L'activité oestrogène de ces molécules est généralement beaucoup plus faible que celle de
l'hormone de référence humaine, le 17estradiol. Le mode d'action des xénoestrogènes est assez
complexe et passerait, non seulement par une liaison puis une activation des récepteurs appelés
ER et ER, mais aussi d'autres récepteurs non identifiés (7).
Les risques sanitaires pour l'homme doivent prendre en compte la globalité des effets des
xénoestrogènes au sein de son corps comme son accumulation dans les tissus graisseux, tous les
éléments qui peuvent justifier une augmentation des doses et de la durée du contact avec son
organisme mais aussi l'impact sur son environnement, la persistance du polluant, l'écotoxicité
générale et toutes les perturbations de sa chaîne alimentaire.
La liste des xénoestrogènes est en augmentation et les principaux groupes de molécules connues
sont présentés dans le tableau I. Il faut aussi noter qu'il existe des oestrogènes naturels sous forme
de phytoestrogènes présents notamment dans le soja ou les betteraves.
Alkylphénols (penta à nonyl)
Bisphénol A
2,4 dichlorophénol
Diethyhexyladipate
2,3,7,8 TCDD
2,3,7,8 Tetrachlorodibenzofuranne
Polychlorobiphényls
Octachlorostyrène
Hexachlorobenzène
Pentachlorophénol
Heptachlor epoxyde, Kelthane, Kepone,
Malathion, Mancozebe, Maneb, Methomyl,
Mirex, Parathion, Permethrine, Pyrethroides
de synthèse, Toxaphène, Zineb, Ziram.
Esters de phtalates
DEHP, BBP, DBP, DPP, DHP, DPrP,
DCHP, DEP
Autres
Styrène (dimères et trimères)
Pesticides
2,4,5 T, 2,4 D, Alachlor, Aldicarb, Amitrole, Benzo(a)pyrène
Atrazine, Benomyl, HCH, Carbaryl, Chlordane,
Cypermethrine, DDT et métabolites, Dicofol,
Métaux lourds
Dieldrine,Endosulfan, Ethylparathion, Lindane, Cadmium, Plomb, Mercure
Heptachlore,
Tableau I : composés à effets modulateurs endocriniens potentiel (D'après 8)
A l'USEPA, le groupe spécialisé "Endocrine Disrupter Screening and Testing Advisory
Committee (EDSTAC) a recommandé et obtenu la mise en œuvre d'une vérification systématique
des 15 000 substances chimiques communément utilisées aux plus gros tonnages aux USA afin
d'évaluer les effets modulateurs endocriniens et constituer une base de donnée complète (9). Un
rapport intermédiaire devrait être présenté au sénat américain en août 2000 (10).
Effets sur la faune
Les effets observés sur des animaux portent sur des dysfonctionnement de la fonction
thyroïdienne chez des oiseaux et des poissons, une baisse de fertilité chez des oiseaux, des
poissons ou des mammifères, une baisse du taux de fécondité chez des oiseaux, des poissons ou
des reptiles, une certaine "démasculinisation" et "féminisation" chez les poissons et des
gastropodes ou encore une altération de la fonction immunitaire chez des oiseaux et des
mammifères
Il serait fastidieux d'énumérer toutes les observations réalisées sur des animaux dans leur
biotope naturel ou lors d'expériences de laboratoire. L'excellente revue de Crisp et al. (3)
rassemble toutes ces données jusqu'en 1997. Quelques exemples peuvent être cités :
Le TBT ou tributylétain utilisé dans les peintures antiagrégation biologique sur les coques de
navires a induit des changements de sexe chez des gastéropodes marins observés sur les côtes de
Grande Bretagne ou dans le pacifique à des concentrations très faibles de l'ordre du
nanogramme/litre. Ces produits à base d'étain se retrouvent dans certains coquillages consommés
par l'homme
Chez les poissons, les études de Purdom et al. en 1994 (11) ont alerté l'opinion en raison de
l'observation de poissons présentant les doubles caractéristiques males et femelle en aval de
stations d'épuration. Les substances en causes seraient des nonylphénols dont les effets
estrogéniques ont été démontrés in vitro.
En Floride, le déversement accidentel de pesticides organochlorés dans des lacs (dicofol,
DDT, DDE..) a induit des effets biologiques perceptibles chez les alligators avec en particulier
une diminution de la taille du pénis, et des malformations des testicules. Ces alligators
présentaient un taux très faible de testostérone et la présence d'oestrogène en plus grande
proportion. Des observations similaires ont été réalisées sur des tortues de ces lacs.
Chez les oiseaux se nourrissant de poissons pollués par du DDT et du DDE persistant dans les
Grands lacs américains malgré l'interdiction d'usage depuis de nombreuses années, les chercheurs
observent une baisse de la capacité de maturation des œufs et de succès de reproduction.
Enfin, chez les mammifères, de nombreuses expériences menées sur des hamsters, des
souris ou des rats démontrent l'impact de nombre de ces polluants sur la malformation des
testicules, les modifications de cycle de reproduction ou la baisse de fertilité.
Impact sur la santé humaine
Chez la femme, les risques concernent majoritairement les pathologies de l'utérus et des
ovaires, le cancer du sein et les avortements spontanés. Par exemple, l'exposition périnatale au
DES (Diethylstilbestrol) ou au methoxychlore modifie le cycle naturel chez les femmes adultes.
Pour le moment le rôle des xénoestrogènes dans le cancer du sein n'est pas démontré mais les
expériences sur animaux incitent à penser que la présence de xénoestrogènes dans notre
alimentation pourrait agir et expliquer l'augmentation de l'incidence de ces cancers depuis une
cinquantaine d'année (12 )
Chez l'homme, on évoque les cancers des testicules et de la prostate sans que des preuves
suffisantes n'existent actuellement et permettent de chiffrer le risque attribuable aux modulateurs
endocriniens. De nombreuses analyses des données des banques du sperme des pays
industrialisés ont permis de constater une baisse du nombre moyen de spermatozoïdes produit par
homme au cours des dernières décennies avec des différences de plus de 50% entre régions et
une chute d'environ 2% par an. les chercheurs établissent le lien avec la présence de
micropolluants environnementaux, même si les résultats contradictoires appellent à des études
complémentaires afin de confirmer cette baisse spermatique humaine et son éventuel impact sur
la fertilité masculine. (13).
Compte tenu du niveau de connaissance actuel de l'impact sanitaire de la présence des
polluants modulateurs endocriniens dans notre environnement, les comités d'experts publient des
conclusions qui marquent à la fois le danger de la présence de ces molécules, le besoin
d'amplifier considérablement les recherches mais aussi la prudence sur l'extrapolation de résultats
obtenus in vitro ou sur animaux.
Méthodes d'évaluation
Les méthodes d'études les plus pratiquées sont rassemblées dans un rapport très complet
édité par l'OCDE (4) dont une grande quantité de méthodes in vivo sur mammifères (rats, souris,
hamsters, chiens ..) sur lesquels peuvent être examinés de très nombreux paramètres permettant
d'évaluer la fonction reproductive des adultes (Poids des gonades et histopathologie, dosage
sanguin des hormones sexuelles, spermatogénèse, durée de gestation, avortements, fécondité,
capacité de lactation) mais aussi les effets sur des portées obtenues après exposition des parents à
des polluants (Sex-ratio, poids foetal, malformations, maturation sexuelle..). Des essais sont aussi
pratiqués sur poissons où l'on mesure la production de vitellogénine ou l'inversion de sexe chez
les males.
In vitro les méthodes utilisent des lignées cellulaires de cancer de sein humain (MCF-7,
cellules d'utérus, d'ovaires ..) mais aussi une méthode sur levure clonée avec les récepteurs
oestrogène ou androgène humains.
Toutes ces méthodes sont plus ou moins fiables, complexes coûteuses et, même si
l'OCDE donne des recommandations et si les spécialistes s'accordent pour dire que seules les
méthodes in vivo sont, pour le moment celles qui donnent une réponse la plus fiable, il n'existe
pas encore de batterie de méthodes analytiques standardisée. Des comparaisons, effectuées par
Andersen et al. (14) entre plusieurs méthodes in vitro montrent qu'il est encore nécessaire de
procéder à des essais interlaboratoires avant de disposer de méthodes validées.
Ainsi, une nouvelle gamme de tests biologiques devrait voir le jour pour le suivi de la
qualité de l'environnement. Il reste que si ces méthodes analytiques sont trop délicates, longues et
coûteuses, le nombre de déterminations sera restreint, les possibilités limitées à quelques
laboratoires spécialisés et la fabrication de biocapteurs trop difficile. C'est pourquoi nous
devrions observer une démarche similaire à ce qui a pu se produire dans le passé pour la toxicité
aiguë ou la génotoxicité c'est à dire un travail de fond en laboratoire spécialisé pour isoler des
fractions actives, identifier les composés en cause puis procéder à des analyses
chromatographiques avec couplage GC-MS ou HPLC-MS.
Sur le plan analytique, une fois ces molécules et familles de molécules suspectes
identifiées l'analyse traditionnelle permet de déceler les zones contaminées et de procéder aux
traitements d'élimination. Dans les autres cas (mélanges, effets synergiques, métabolites, sousproduits du traitement) les analyses biologiques restent les seules possibles. Compte tenu de
l'augmentation des programmes de recherche sur ce thème actuellement dans le monde, nous
devrions voir apparaître de nouvelles méthodes analytiques mais aussi un consensus sur les
techniques les plus fiables au coût optimum.
Conclusions
Une grande quantité de produits chimiques de synthèse qui polluent l'environnement et quelques
substances naturelles ont la capacité de modifier le fonctionnement hormonal. Des phénomènes
de baisses de fertilité, des malformations, des féminisations et des baisses du taux d'immunité ont
été observés sur des animaux intoxiqués et des effets similaires ont été démontrés sur des
animaux de laboratoire. Chez l'homme, des effets similaires ont déjà été constatés avec des
molécules telles que le Diethylstilbestrol.
Chacun de nous est concerné car les polluants d'une région du globe se diffusent dans toutes les
autres régions notamment via les animaux et l'alimentation. Dans certains cas les animaux et
l'homme ont sûrement atteint la limite de leur capacité à inactiver ou détoxifier ces molécules.
Il faut intensifier nos recherches pour faire l'inventaire des produits actuellement utilisés ou
persistants dans l'environnement, standardiser des méthodes rapides et fiables d'évaluation,
déterminer une liste internationale de polluants prioritaires et examiner leur présence dans notre
environnement pour mettre en place les procédures nécessaires à leur élimination et empêcher
leur dispersion.
En France, le Conseil Supérieur d'Hygiène Public de France a publié un avis le 8
décembre 1998 donnant, notamment, des recommandations sur la nécessité de développer des
programmes de recherche coordonnés traitant des aspects expérimentaux, toxicologiques,
épidémiologiques et cliniques des effets de l'environnement sur la fonction de reproduction, de
mettre en place des outils pour mesurer les expositions et les effets des facteurs de risque
suspectés et organiser la surveillance épidémiologique des pathologies liées et mettre en place
une veille sociologique.
Constatant que les phytoestrogènes du soja consommés par les populations asiatiques auraient un
effet protecteur contre le cancer du sein alors que les traitements hormonaux substitutifs chez les
femmes ménopausées augmentent le risque de ce même cancer, il importe absolument d'éviter la
"chimiophobie irrationnelle" en favorisant des études fiables et rigoureuses permettant la
définition objective des risques liés à la pollution de notre environnement par des polluants
persistants.
Bibliographie
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